蛋白质和多肽的错误折叠会导致神经退行性疾病的产生,其中β-淀粉样(amyloid β,Aβ)多肽的自组装与阿尔兹海默症(Alzheimer’s disease,AD)密切相关,从而受到人们的广泛关注。虽然目前关于AD病因的假设主要集中在Aβ多肽的低聚物上,但淀粉样斑块同样是AD的一个标志。一方面,研究发现近30%-50%的人类免疫缺陷病毒(human immunodeficiency virus,HIV)感染者的大脑中会有淀粉样斑块的形成从而导致神经认知功能障碍,说明HIV反式激活因子转录(transactivator transcription protein,Tat)蛋白与AD的产生存在相关性。因此,研究Tat蛋白对Aβ多肽自组装的影响具有重要意义。另一方面,研究表明,Aβ多肽能够通过结构调控自组装成多种纳米结构,其拓扑结构包括纤维、薄膜、纳米管、水凝胶和液晶等,这些纳米结构已广泛应用于纳米线、生物传感器、三维培养、环境碳捕获、逆转录病毒基因转移、采光和催化等领域。本论文主要针对上述的两个方面对Aβ进行结构调控并探索其应用,论文内容分为以下几部分:第一部分,绪论。简单介绍了 AD与Aβ多肽和Tat蛋白之间的关系,以及Tat蛋白对Aβ多肽组装的影响及其因素。此外还归纳总结了由Aβ多肽自组装形成的纳米结构及其调控方法,对Aβ多肽纳米结构的性能及应用做了详细的阐述。最后概括总结了本论文的选题目的和意义。第二部分,研究Tat蛋白对Aβ33-42多肽自组装过程的影响。采用硫黄素荧光光谱(thioflavin T,ThT)、傅里叶变换红外光谱(fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)、圆二色谱(circular dichroism spectrum,CD)和原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)技术研究了 Tat蛋白对Aβ33-42多肽的聚集过程及其二级结构的影响。结果表明随着Tat蛋白浓度的增加Aβ多肽更易于聚集,并且Tat蛋白能促进Aβ多肽在聚集过程中β折叠的形成。为了探究Tat蛋白是否直接与Aβ多肽相互作用,利用AFM高分辨成像技术对特定浓度的Aβ多肽与不同浓度的Tat蛋白共孵育的组装结构进行了观测。测试结果表明Tat蛋白和Aβ多肽直接相互作用形成了 Tat-Aβ多纤维复合物,并且随着Tat蛋白浓度的增加,该纤维复合物且由原来的纵向伸长变为横向生长并且厚度增加。为了探究导致这种结构变化的内在因素以及Tat-Aβ多纤维复合物的生物物理性质(如纳米力学性质),AFM的振幅频率调制粘弹性成像模式(amplitude modulation-frequency modulation,AM-FM)被用来获得 Tat-Aβ 多纤维结构的纳米机械性质。结果显示Tat-Aβ多纤维结构比Aβ纤维具有更高的杨氏模量,硬度的增加可以解释为Tat蛋白的引入促进了 Aβ纤维的生长以及β折叠结构的增加,导致原纤维的横向聚集显著增加以及机械性能的提高。本研究拓宽了我们对淀粉样蛋白和多肽发病机制的进一步认识,将为开发有效的治疗手段提供理论指导。第三部分,研究化学修饰对Aβ16-20多肽自组装结构的调控及其光学性能。通过对Aβ16-20进行乙酰化修饰(表示为Ac-Aβ16-20),实现了其组装结构由无定型结构转变为几百微米长的晶体结构,且通过调节组装环境的pH值可以控制自组装晶体的可逆组装。在中性条件下自组装形成晶体结构,将体系pH调节至酸性时,晶体解组装,再次将溶液调节为中性或弱碱性,可以重组装形成晶体结构。通过CD和FTIR对自组装晶体的二级结构的表征,以及AFM高分辨原子晶格成像,结果显示具有β二级结构的Ac-Aβ16-20晶体是通过单层微晶层层组装形成的。此外,光学测量显示Ac-Aβ16-20组装的晶体具有良好的光波导特性,并且首次组装和重组装的晶体都具有稳定且较强的绿色荧光。本研究的开展为化学修饰调控多肽自组装结构以及设计新型光波导器件提供重要的指导意义。